Trabajo Planta Completa

8/18/2019 Trabajo Planta Completa

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU

ESCUELA DE POSGRADO

MAESTRIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION

CURSO: CONTROL DE PROCESOS

TEMA: CONTROL DE PLANTAS COMPLETAS-DESHIDRATACION DE

GAS NATURAL.

PROFESOR: DR. RAUL RIVAS

ALUMNO: CAYETANO CACERES MENDOZA

LIMA-PERU

2015


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Tabla de contenido1 Control de plantas completas - ............................................................................................3

1.1 Introducción sobre el control de plantas completas ....................................................3

1.2 Objetivos del trabajo ....................................................................................................4

1.3 Diagrama funcional del proceso productivo de la planta completa. ............................4

1.4 Descripción del proceso productivo que se desarrolla en la planta (Flujo tecnológico)

8

1.4.1 Deshidratación con Trietilen glicol (TEG) ..............................................................8

1.4.2 Regeneración del Trietilen glicol (TEG) ...............................................................10

1.5 Propuesta de control de los diferentes procesos productivos de la planta completa

considerando la interacción que origina la cadena productiva. .............................................12

1.6 Propuesta de sistema de supervisión de la planta completa. .....................................14

1.7 Conclusiones...............................................................................................................16

1.8 Recomendaciones ......................................................................................................17

1.9 Referencias bibliográficas ...........................................................................................17


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1 Control de plantas completas -

1.1

Introducción sobre el control de plantas completas

El siguiente trabajo presenta una aplicación de la estrategia de control de plantas completas

para procesos complejos, como el deshidratador de gas natural. La estrategia de control de

planta completa asiste a la ingeniería en determinar cómo elegir la variable a manipular,

controlar o medir en la planta, cuando son usadas técnicas de control convencional o

avanzada. Además, la mayoría de los de teorías de control disponibles asumen que la

estructura de control es dada en la salida, estas teorías además fallan en algunas respuestas

básicas que un ingeniero de control regularmente encuentra en la práctica. ¿Que variables

deben ser controladas, que variables debe ser medidas, que entradas deben ser manipuladas,

y cuales relaciones deben ser hechas entre ellas?, estas son las preguntas que la teoría de

control de planta completa trata de resolver.

Existen dos enfoques principales al problema, un enfoque orientado matemáticamente y un

enfoque orientados al proceso. Se sabe que las plantas completas podrían tener cientos de

mediciones y lazos de control. Por ello el término control de planta completa no representa la

sintonización y comportamiento de cada uno de estos lazos, sino la filosofía de control de la

planta como un todo con énfasis en las decisiones estructurales de la misma. Las decisiones

estructurales se pueden traducir en la selección/posicionamiento de los actuadores y sensores

así como también la disposición de todo el problema, en pequeños sub-problemas

(Configuración de control). En la práctica, el sistema de control es usualmente dividido en

varias capas. Típicamente, capas incluyen cronogramas (semanas), optimización de gran

tamaño (día), local optimización (horas), control predictivo/supervisor (minutos) y control

regulatorio (segundos) como se puede ver en Figura 1.

Las capas de optimización típicamente calculan nuevos setpoints solamente una vez cada hora

y así sucesivamente, donde la realimentación de las capas opera continuamente. Las capas son

unidas por las variables controladas, donde los setpoints son calculados por las capas

superiores e implementados o trabajados por las capas inferiores. Un problema clave para el

éxito de los procesos es la elección de estas variables. Por supuesto, podríamos imaginar usar

un controlador de optimización simple que estabilice el proceso mientras al mismo tiempo

perfectamente coordinado, todas las entradas manipuladas basadas en optimización online.


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Figura 1 Jerarquía típica en una planta de procesos [2]

1.2

Objetivos del trabajo

Seleccionar una planta industrial tiene que disponer de materia prima y generar

una producción final. Desarrollar un sistema de control de una planta industrial completa con el objeto

de aumentar su eficiencia y rentabilidad.

Desarrollar el diseño del sistema de control de la planta completa. Fundamente

debidamente su propuesta.

1.3 Diagrama funcional del proceso productivo de la planta completa.

A continuación se presentara el diagrama funcional del proceso productivo Deshidratador de

Gas Natural. Brevemente se hará una breve descripción del proceso.

La deshidratación de gas natural es la remoción del agua en esta de vapor que se asocia con el

gas. La cantidad de agua removida depende sobre todo de los requerimientos de producto

final, limitaciones económicas y el tipo de deshidratación usado. El sistema de deshidratación

de la planta seleccionada ha sido diseñado para utilizar el trietilen glicol (TEG) para

deshidratación del gas ya que se requiere temperaturas de punto de rocío muy bajas (que muydifícilmente puede ser alcanzado con otros agentes deshidratantes). Todo esto con el fin de


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tener una mayor remoción de vapor de agua presente en el gas. Este planta seleccionada nos

permitirá analizar y comprender el proceso de deshidratación del gas natural con TEG, como

parte del tratamiento necesario que se realiza al gas.

Uno de los grandes problemas de este tipo de planas y la motivación de este tema de trabajo

es que durante este proceso de deshidratado se pierden grandes cantidades de TEG.

La justificación y desarrollo del presente trabajo es aplicar todos los conocimiento adquiridos

en los cursos de control avanzando y de procesos. Optimizar el sistema controlando los

requerimientos puntos de roció, controlando la calidad de TEG y minimizando sus pérdidas en

el proceso.

En el Perú, la deshidratación es practicada activamente, y uno de los ejemplos más conocidos

se da en la Planta de Malvinas ver Figura 2, que es una planta industrial que partiendo de gas

húmedo obtiene gas seco y gas liquido (para otras aplicaciones).

Figura 2 Vista superior de la planta de gas Malvinas.

A continuación se presente el diagrama funcional del proceso de deshidratación de gas

natural. Este proceso consta de una parte que es la deshidratación propiamente dicha del gas

natural y la otra que es la regeneración del agente deshidratador trietilen glicol (TEG), para

ellos se plantea el diagrama función mostrados en las Figura 3 y Figura 4.


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Figura 3 Diagrama funcional de proceso de Deshidratación de gas natural


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Figura 4 Diagrama funcional de regeneración de Glycol (Agente deshidratante)


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1.4 Descripción del proceso productivo que se desarrolla en la planta

(Flujo tecnológico)

A continuación se realizara la descripción del proceso productivo de la deshidratación del gas

natural, para lo cual primero separamos los procesos en un diagrama de bloques a fin de poder

realizar una mejor explicación del proceso, para ello ver Figura 5.

Figura 5 Diagrama de bloques de proceso Deshidratación de Gas Natural

1.4.1 Deshidratación con Trietilen glicol (TEG)

Los Equipos que conforman en Sistema de Deshidratación con TEG son:

• Scrubbers de gas de Entrada (VBF-4270/4470)

• Filtros Separadores del gas de entrada (FBD-3100/3300)

• Contactoras de gas - glicol (CAF-3110/3310)

• Filtros Coalescedores del gas de entrada (FAK-3700/3900)

• Contactoras de glicol-gas de Regeneración (CAF-3800/4000)

La corriente de gas ingresa a los Scrubbers de entrada, a cada Tren, de los dos que conforman

la Planta de gas analizada. Considerando el Tren 1, ingresa al Scrubber (VBF-4270) donde se

realiza una separación de gas y líquido; el gas pasa luego por un Filtro separador (FBD-3100) en


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él se tiene una eficiencia de remoción del 100% de partículas de hasta 3 micrones, el líquido

resultante del filtro se une al líquido de salida del Scrubber y se envían a la fase de

Estabilización de Condensado.

El gas pasa por la contactora gas glicol (CAF-3110) en la que ingresa por la parte inferior,

rebota en un deflector y va en sentido ascendente, pasa por el lecho empacado entrando en

contacto con el TEG que va en sentido descendente, finalmente pasa por un demister o malla

(que atrapa “niebla” o humedad que pueda arrastrar el gas), sale por la parte superior y se

dirige al Filtro Coalescedor.

El TEG entra por la parte superior de la torre, llega a un distribuidor de líquido para luego pasar

por el lecho empacado en donde absorbe el agua que arrastra el gas que viene subiendo;

finalmente sale por la parte inferior de la torre dirigiéndose a la Regeneración de TEG. En el

Filtro Coalescedor (FAK-3700) se atrapa el TEG y humedad que arrastre el gas. El líquido (TEG

rico) sale por la parte inferior y también se envía a la Regeneración de TEG, mientras el gas se

envía a la fase de Deshidratación con Tamices Moleculares (Molecular Sieves). En la línea de

gas de salida del Filtro Coalescedor FAK-3700, se encuentra la toma de medición de Punto de

Rocío del agua.

Figura 6 Proceso de Deshidratado de Gas Natural


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1.4.2 Regeneración del Trietilen glicol (TEG)

Los Equipos que conforman el Sistema de Regeneración de TEG son:

• Enfriadores de glicol pobre (EAL-3120/3320)

• Tanques Flash de glicol (VBD-3180/3380)

• Filtros de Carbón (FAK-3210/3410)

• Glycol Sock Filters (FAK-3190/3200/3390/3400)

• Bombas de circulación de glicol (PAY-3220/3230/3420/3430)

• Intercambiador de glicol rico / pobre (EAP-3170/3370)

• Columnas del rehervidor de Regeneración de glicol (CBA-3240/3440)

• rehervidores (Reboilers) del glicol (EBC-3130/3330)

• Enfriadores de glicol de Tope (EAL-3160/EAL-3360)

• Separadores de glicol de Tope (VBD-3150/3350)

• Condensadores de Reflujo de la columna del rehervidor de Regeneración

de glicol (EAL-3140/3340)

Las corrientes de TEG rico (con agua) de la contactora (CAF-3110) y del Filtro Coalescedor (FAK-

3700) se unen con la de TEG rico que viene de la contactora glicol gas de Regeneración (CAF-

3800) pasan por el Condensador de Reflujo de la Torre de Regeneración (EAL-3140), que es un

serpentín con el objeto de precalentar el TEG rico; este es enviado a un Tanque Flash (VBD-

3180) que es presurizado para trabajar entre 50 y 60 Psig, para lo cual se le agrega gas blanket

(gas combustible con ese propósito), el hidrocarburo que pueda arrastrar el TEG es depositado

en un recipiente interno y enviado al drenaje, mientras el TEG rico es enviado a los filtros de

cartuchos y carbón activado. El TEG rico viene del Flash (VBD-3180), pasa por el filtro de

partículas FAK-3200 donde se retienen sólidos de hasta 25 micrones, pasa luego por el filtro de

carbón activado (FAK-3210) en el que se retienen hidrocarburos, para finalmente pasar por el

filtro de partículas FAK- 3190 en el que se retienen sólidos, en caso haya arrastre de partículas

pulverizadas del filtro de carbón activado. Todos los filtros constan de una línea al drenaje de

TEG. Después el TEG va al intercambiador glicol rico / pobre (EAP-3170) entrando por los tubos

para precalentarse por segunda vez antes de entrar al rehervidor de glicol. El TEG ingresa por

la Columna de Regeneración del glicol (CBA-3240) y luego cae al rehervidor (EBC-3130) donde

se calienta intercambiando calor con el aceite caliente (Therminol 55) que entra por tubos al

rehervidor. El sistema está diseñado para el ingreso de gas combustible (stripping gas) para

producir un burbujeo que permita homogenizar la temperatura en el equipo; pero

actualmente no se inyecta Stripping gas al rehervidor (Debido a que las condiciones de


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operación actualmente no requieren el uso de este). El rehervidor consta de una línea al

drenaje de TEG. Los vapores de TEG del tope y algo de vapores de la corriente llegan a

condensar gracias al serpentín del Condensador de Reflujo (EAL-3140). Este serpentín es

enfriado con TEG rico que se dirige como reflujo a la columna de Regeneración de glicol (CBA-

3240). Esto reduce las pérdidas de TEG que se dirigen como vapores de tope y la cantidad de

TEG de reposición (TEG make-up) requerido.

El TEG ya regenerado sale por la parte inferior por un “rompe vórtice” dirigiéndose al

intercambiador (EAP-3170) por el casco donde se enfría y luego pasa al bombeo (PAY-

3230/3220) donde se les incrementa la presión para pasar a las contactoras. Antes de llegar a

las contactoras el TEG pobre se enfría pasando por un aeroenfriador (EAL- 3120) y luego

derivarse a las dos contactoras. En la contactora de glicol gas de Regeneración (CAF-3800), la

entrada de gas –gas utilizado en la regeneración de los Tamices Moleculares – se realiza por la

parte inferior de la torre, impacta y rebota con un deflector y va en sentido ascendente, pasa

por el lecho empacado entrando en contacto con el TEG

Figura 7 Regeneración de agente deshidratante


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1.5 Propuesta de control de los diferentes procesos productivos de la

planta completa considerando la interacción que origina la

cadena productiva.

Al tener en el proceso columnas de contacto entre el gas y el elemnto deshidratante y al tener

en cuenta que este elemento es el que genera mayor costo al proceso se plantea el control de

esta considerando la interacción con la entrada de gas.

Figura 8 Diagrama de control en torres contactoras

Además para lograr tener un ahorro económico, en el proceso de deshidratado de gas se usa la

regeneración del elemento deshidratante, para lo cual se plantea también el control a fin de

reutilizar nuevamente en el proceso a través de TEG regenerado.


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Figura 9 Control de regeneración de elemento deshidratante

Figura 10 Control de flujo hacia torre contactora


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1.6 Propuesta de sistema de supervisión de la planta completa.

Para la supervisión del sistema se plantea el uso de un sistema de control distribuido

implementado con el uso del Delta V ver Figura 11, que es el que se usa en una aplicación real

en la planta deshidratadora de gas de Malvinas.

Figura 11 Sistema de control distribuido usando delta V

La comunicación se realizara bajo el medio físico del Ethernet ver Figura 12.

Figura 12 Comunicación entre diferentes niveles

Para este caso y por la importancia de que el sistema de control y monitoreo siempre este

activo se plantea que se tenga 2 server para que tenga un backup con toda la información y

que esta se vaya actualizando o realizando un vaciado de datos cada día al final de la jornada.

La implementación del sistema de monitoreo se realizara en el software asociado al Delta V.


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Figura 13 Supervisión de proceso de deshidratado

Figura 14 Supervisión de ciclo de regeneración de agente deshidratante


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Figura 15 Supervisión, ciclo regenerativo de agente deshidratante (Continuación)

1.7

Conclusiones

Se seleccionó una planta industrial de deshidratación de gas natural, tomando como

materia prima el gas no procesado (gas húmedo) y generando un producto final que

será el gas seco o deshidratado.

Se desarrolló un sistema de control de la planta industrial completa deshidratadora de

gas natural, con el objetivo de aumentar su eficiencia y rentabilidad. Se desarrolló el diseño del sistema de control de la planta completa, fundamentándola

en su disponibilidad de señales, medidas y actuadas, así como la estructura del

proceso.


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1.8 Recomendaciones

Para realizar un mejor de control de planta completa, se debe conocer el proceso con

cierto grado de detalle, por lo cual se recomienda trabajar de la mano con ingenieros

de planta, yaqué existen algunas variables que son autorreguladas o que bajo ninguna

condición de operación lleguen a condiciones extremas.

En el caso del proceso seleccionado, se debe trabajar de la mano de las tablas de

saturación y temperatura, para lograr alcanzar una mayor eficiencia.

1.9

Referencias bibliográficas

[1] Application of Plantwide Control Strategy to the Catalytic Cracking Process, Cristina

Popa, 2013.

[2] Studies On Plantwide Control, Truls Larsson 2000.

[3] Apuntes de clase de Control de procesos, Dr. Raul Rivas 2015.

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